[发明专利]一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法

权利要求书

1.一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集分数阶电气弹簧的参数输入控制器；交流采样模块中利用分压电阻采样分数阶电气弹簧输入电压经锁相环电路得到分数阶电气弹簧输入电压的相位DSP根据电压的过零点计算输入电压有效值V_in；交流采样模块中的电流霍尔传感器采样分数阶电气弹簧输入电流

S2、生成实时阶数β：令Z_β为分数阶电气弹簧的阻抗值，其定义为：

分数阶电气弹簧满足分数阶电容的电压电流关系，其中β为体现电路分数阶特性的阶次参数，范围为0～2；C_β为分数阶电气弹簧的电容值，阶数β实时可调，ω表示电网工作角频率；

设分数阶电气弹簧与一个纯阻性负载并联，负载阻值大小为R_s，此时电网输入的有功功率P_in等于分数阶电气弹簧的有功功率加上负载的有功功率；当电网出现有功功率波动时，为保证负载电压保持不变，波动功率ΔP由分数阶电气弹簧承担，负载的有功功率等于额定功率P_ref，则下式成立：

其中，V_in、I_in分别为分数阶电气弹簧输入电压、电流的有效值；当电网发出的有功功率正好满足负载需求时，ΔP＝0，分数阶电气弹簧处于平衡点，既不吸收也不释放有功功率，阶数β＝1；当电网发出的有功功率超出负载需求时，ΔP＞0，分数阶电气弹簧需吸收多余的有功功率，其阶数调节至0～1之间；当电网发出的有功功率无法满足负载需求时，分数阶电气弹簧需释放有功功率补足负载功率欠额ΔP＜0，其阶数调节至1～2之间；

S3、生成参考电流；

S4、产生驱动信号；

S5、分数阶电气弹簧循环控制。

2.根据权利要求1所述的一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，其特征在于，

在控制器中，分数阶电气弹簧的实时阶数由平衡值β₀和校正值Δβ组成，故有：

β＝β₀+Δβ；

其中β₀＝1，对应功率平衡点；将分数阶电气弹簧的输入电压有效值V_in与参考电压信号V_ref间的误差通过PI控制器，输出作为分数阶电气弹簧阶数的校正值Δβ，Δβ实时反映电网功率波动下分数阶电气弹簧的阶数调节。

3.根据权利要求2所述的一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，其特征在于，步骤S3中，根据实时阶数β，在参考电流生成模块中进一步得到所需的参考电流分数阶电气弹簧的参考电流定义如下：

其中，参考电流的幅值由步骤S1中采样的输入电压有效值V_in、步骤S2中得到的实时阶数β及参考电流生成模块中设置的电容值C_β确定，其相位θ_s为步骤S1中采样的分数阶电气弹簧输入电压的相位叠加上πβ/2。

4.根据权利要求3所述的一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，其特征在于，参考电流生成模块为加法器、乘法器、对数放大器、反对数放大器中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，其特征在于，步骤S4中，将步骤S3中得到的参考电流和采样到的输入电流送入电流环中进行比较，其输出叠加上一个输入电压的前馈补偿后，得到分数阶电气弹簧中DC/AC变换器中的输出电压：

其中，为步骤S1中采样的分数阶电气弹簧输入电压，K为电流环的增益系数，作为调制信号送入PWM发生器中，与其中设置的载波信号进行比较后生成驱动信号。

6.根据权利要求5所述的一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，其特征在于，步骤S5中，将步骤S4产生的驱动信号输入分数阶电气弹簧，分数阶电气弹簧根据驱动信号消纳输入功率的波动部分，使电压恢复，然后返回步骤S1，重新采集分数阶电气弹簧的参数，持续控制分数阶电气弹簧。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种阶数实时可调的分数阶电气弹簧控制方法，其特征在于，分数阶电气弹簧满足分数阶电容的电压电流关系，其有功功率输出满足：

其中，ω为电网工作角频率，I_in为分数阶电气弹簧输入电流的有效值，ΔP为波动功率，P_Zβ为分数阶电气弹簧的消耗功率；实时阶数β根据输入电压有效值V_in与参考值V_ref间的误差进行实时调节，保证电网输入功率的波动部分由分数阶电气弹簧进行消纳，并使输入电流等于参考电流，并联在分数阶电气弹簧上的负载以额定功率运行，输入电压有效值V_in恢复至参考值V_ref。